转底炉熔融还原炼铁可行性研究报告-印尼项目.doc

印度尼西亚

PT. Sebuku Iron Lateritic Ores 公司

转底炉炼铁厂（年产能力10万吨铁水）

可行性研究报告

北京科技大学冶金喷枪研究中心
北京恰普科技有限公司

2006年9月

1.总论： 5
1.1前言 5
1.1.1项目名称：年产10万吨生铁的转底炉及埋弧电炉工程 5
1.1.2项目委托单位： 5
1.1.3编制依据 5
1.2厂址概况及环境、地质条件： 6
1.2.1厂址概况 6
1.2.2四周环境： 6
1.2.3交通概况： 6
1.2.4气象条件 6
1.2.5工程地质： 6
1.2.6水文地质 6
1.3建设规模 7
1.4转底炉熔融还原工艺概述 7
1.4.1转底炉熔融还原概况 7
1.4.2转底炉熔融还原技术的开发 10
1.4.3转底炉预还原 13
1.4.4熔融还原及渣铁分离 16
1.5项目投资概算 16
1.6本项目主要技术经济指标 17
1.7印尼褐铁矿及煤样试样的实验结果 18
1.7.1、印尼褐铁矿的特性 19
1.7.1.1 褐铁矿成分 19
1.7.1.2 与我们常用的铁矿比较 19
1.7.2、印尼煤炭的特性 20
1.7.2.1 印尼煤成分 20
1.7.2.2 与我们常用的煤炭的比较 20
1.7.3、含炭自还原球团的制备 20
1.7.3.1 两种方法的选择： 20
1.7.3.2 印尼提供的矿样和煤样的粒度组成： 21
1.7.3.3 烘干实验 22
1.7.4、煤粉配比的确定 22
1.7.5、压球 23
1.7.5.1 生球的强度要求 23
1.7.5.2 影响生球强度的因素 24
1.7.5.3 目前优选出的成球条件 24
1.7.6、还原焙烧实验优化结果 25
1.7.6.1 目标：金属化率80％以上， 25
1.7.6.2 正交实验结果 25
1.7.6.3山西转底炉投料试验 26
1.7.7、金属化球团的金相照片 26
1.7.7.1 单层，金属化率80％以上。 26
1.7.7.2 双层下，金属化率80％以上。 27
1.7.8、电炉熔分实验 28
1.7.8.1 实验条件 28
1.7.8.2 铁、渣成分 28
1.7.8.3 额外的收获 28
1.7.9、结语 28
2.铁水生产新工艺 30
2.1原燃料及其准备 31
2.1.1原料和燃料 31
2.1.1.1铁矿粉 31
2.1.1.2煤 32
2.1.1.3焦炭 33
2.1.1.4熔剂 33
2.1.1.5粘结剂 34
2.1.2原料准备 34
2.1.2.1料场 34
2.1.2.2料仓 34
2.1.2.3配料 35
2.1.2.4混料 35
2.1.2.5压球 35
2.1.2.6烘干 35
2.1.2.7电子称 36
2.2转底炉及其辅助设施 36
2.2.1转底炉工艺计算 36
2.2.2主要工艺参数 38
2.2.3炉体结构 39
2.2.3.1炉底结构及转动机构 39
2.2.3.2炉膛与炉顶 40
2.2.3.3燃烧器及热风 40
2.2.4热球团的运输 40
2.2.5振动给料机 40
2.2.6螺旋出料机 41
2.2.7转底炉车间布置 41
2.3埋弧电炉生产工艺设计 42
2.3.1概述及工艺计算 42
2.3.2埋弧电炉主要设备和参数 43
2.3.3埋弧电炉结构特点 44
2.3.4埋弧电炉的原料准备及加料 45
3.检测、计量及计算机 46
3.1进出厂原料和产品的计量 46
3.2配料计量 46
3.3转底炉的在线检测 46
3.3.1温度检测点 46
3.3.2压力检测点 47
3.3.3流量检测点 47
3.3.4 温度、压力检测点 47
3.3.5转速 47
3.3.6重量 47
3.4埋弧电炉工业仪表与自动检测 48
3. 5计算机 48
4.电力 48
4.1原料系统用电 48
4.2转底炉用电 49
4.3埋弧电炉主要电气设备 49
4.3.1电力 49
4.3.1.1电源情况 49
4.3.1.2供电电压等级 50
4.3.1.3供电设施 50
4.3.1.4防雷接地 50
4.3.1.5照明 51
4.3.1.6功率因数 51
4.3.1.7年用电量 51
4.4其它 51
4.5全厂用电 51
5.给排水 52
5.1水源 52
5.2供排水系统 52
6.煤气与热力系统 53
6.1煤气平衡 53
6.2煤气净化 53
6.3主要热力设备 53
7.厂内公用及辅助设施 54
7.1化验室 54
7.2电信 54
7.3维修车间 54
7.4仓库 55
8.总图运输及平面布置 55
8.1厂区概况 55
8.2厂区平面布置 55
8.3原料及产品运输 56
9.土建 58
9.1转底炉车间厂房 58
9.2埋弧电炉车间的土建 58
9.2.1设计内容 58
9.2.2设计依据 58
9.2.3主要建、构筑物的建筑结构设计 59
9.3其它公用建筑 60
10.环境保护 61
10.1概述 61
10.2环保措施和效果 63
10.3排放物指标 64
11.安全卫生 64
11.1安全卫生及劳动保护 64
11.1.1编制依据 64
11.1.2设计采用的主要标准及规程 65
11.1.3主要危害因素 65
11.1.3.1生产危害因素分析 65
11.1.4安全卫生设计方案 66
11.1.4.1对自然危害因素的防范措施 66
11.1.4.2对生产危害因素的防范措施 67
11.1.5安全卫生的效果预测及评价 68
11.2消防 69
11.2.1设计依据及采用标准 69
11.2.2工程的火灾危险性分析 69
11.2.3防火防爆初步方案 70
11.2.3.1总图运输 70
11.2.3.2生产场所的防火措施 70
11.2.3.3建筑 70
11.2.3.4电气 71
11.2.3.5消防给水与排水 71
12.劳动定员 72
13.投资概算 73
13.1概述 73
13.2编制依据 76
13.3基础数据 76
13.3.1 生产规模及产品方方案 76
13.3.2 实施进度 76
13.3.3总投资估算与资金筹措 77
13.3.4财务评价 77
13.3.4.1年销售收入和年销售税金及附加的估算 77
13.3.4.2产品成本估算 78
13.3.4.3损益计算 80
13.3.5财务盈利能力分析 80
13.3.6清偿能力分析 80
13.3.7 不确定分析 81
13.3.8结论 81
13.3.9经济评价指标一览表 82

1.总论：
1.1前言
1.1.1项目名称：年产10万吨生铁的转底炉及埋弧电炉工程
1.1.2项目委托单位：
PT. Sebuku Iron Lateritic Ores （PT.SILO），South of Kalimantan, Indonesia
1.1.3编制依据
技术合作合同
——PT.SILO 公司与北京恰普科技有限公司签订
1.1.4编制范围（可行性研究）
（1）在对印尼褐铁矿试验研究基础上，制定年产能力为10万吨生铁的炼铁厂可行性方案，生产工艺流程及原、燃料平衡计算。
（2）与年产10万吨级生铁相匹配的转底炉方案及基本设计参数、平面及车间布置，主要附属设备的选择。
（3）年产能力为10万吨生铁的埋弧电炉方案及基本参数、主要设备及车间布置。
（4）原料准备系统的流程、主要设备选择。
（5）全厂的总图运输，以及热力和动力系统，含水、电、煤气等供求平衡。
（6）环境保护。
（7）劳动定员。
（8）估算产品成本及建设投资及经济分析。

1.2厂址概况及环境、地质条件：
1.2.1厂址概况

1.2.2四周环境：

1.2.3交通概况：

1.2.4气象条件

1.2.5工程地质：

1.2.6水文地质

1.3建设规模
根据厂方的褐铁矿生产规模和产品要求，本项目拟建炉底总面积为368 m2的转底炉一座，年产能力为10万吨铁水的9000KVA的矿热炉两座及与转底炉配套的煤气发生炉2座。生产副产品水渣5万吨的成套设施。

1.4转底炉熔融还原工艺概述
1.4.1转底炉熔融还原概况
熔融还原技术的基本涵义是指铁矿石在高温熔融状态下被（非焦）碳还原并生成热铁水的工艺。这里有两个基本特点：其一是非焦炼铁，其二是产品为热铁水。前者区别于高炉炼铁，从而脱离了焦炭资源短缺和炼焦污染的困扰，以及高炉工艺本身某些难题；后者则区别于直接还原工艺，实现了铁和渣的分离，而不象直接还原铁（亦称金属化球团或海绵铁）将脉石和灰分一起带入炼钢过程，致使炼钢渣量加大，能耗上升和效率降低，而熔融还原的产品则是与高炉相似的热铁水。因此，一向认为熔融还原具有以下优点：
（1）、能采用廉价的原料。
（2）、能源适应性宽，可采用不同的燃料，主要是可不用焦炭。
（3）、生产过程较易控制。
（4）、对环境污染较小。
（5）、流程比较紧凑，提高生产效率。
（6）、能保证产品质量。

早期即上世纪60年代，熔融还原技术定义在狭义范围，即“熔融状态下还原率为100％的还原过程”，而且高温反应中产生的CO大部分（60～100％）要燃烧生成CO2，即“二次燃烧”，其产生的热量能直接传递到反应区，以补充高温还原所需热量。这就是所谓“一步法”，将矿粉、煤粉与氧气一同喷入运动的渣——铁熔池内，使固体碳或含碳铁滴还原FeO产生CO，在渣面上与氧燃烧并向熔池供热。但早期“一步法”工艺，如Basset法，Dored法，Jet Smelting法和E-V法等，在试验中并不成功，其原因一是在同一反应器中二次燃烧难以完成；二是在高温强氧化气氛下，耐火炉衬侵蚀严重。因此，到七十年代以后就转向“二步法”，但到八九十年代又有新的一步法工艺问世，如Hismelt法，Romelt法等。二步法将还原过程分为两步，第一步为预还原，在较低温度和固态进行，类似直接还原工艺，第二步为终还原，在高温熔融状态进行，最后获得热铁水。预还原和终还原分别在不同反应器中进行。预还原可用竖炉式反应器，其原料为块矿或球团，或用流态化反应器，其原料为粉矿，也可用其他工艺方法。终还原也有不同工艺，早期曾试验过用电能的熔融还原工艺，除用一般电弧炉（Inred法）外，还有中空电极直流电炉（Elred法）和等离子喷枪炉（Plasmamelt法），但均未形成工业化生产。其后转向煤氧熔炼工艺，如Corex法，铁浴法等。
现在发展的转底炉加电炉熔分工艺（Fastmelt）开辟了利用电能实现熔融还原的新途径，其预还原度大大高于早期工艺，其电炉（埋弧）主要起熔分铁和渣的作用，并可脱硫。
综观上述多种熔融还原工艺，不论一步法还是二步法，至今大都没有达到工业生产水准，停留在小规模试验或中试阶段，而且许多都中途而停，只有Corex形成工业生产规模，包括C－1000型年产能30～40万吨铁水，C－2000型年产能60～80万吨铁水，已分别在南非、韩国、印度等地先后建成。实际生产已超过设计水平。现已设计出C－3000型，日产铁水3000吨，即年产达100万吨级，最高达150万吨。
除Corex法外，还有几种具有发展潜力的工艺，或初步形成生产能力，或建成较大规模的中试或示范设备，主要有：
（1） Hismelt 由澳大利亚开发，已建成10万吨/年的半工业炉，正建设中的80万吨/年工业生产炉尚未正式投产。
（2） Finex 由奥钢联开发，韩国浦项于1999年建成150吨/日的试验炉，2003年建成60万吨/年的生产设施。
（3） Dios 日本曾投资120亿日元试验研究，并建成500吨/日是半工业试验装置，先后共8年，半工业试验于1993～96年进行，完成了半工业试验计划，但没有形成工业生产。
（4） Romelt 由前苏联莫斯科钢院和新里别茨克钢铁公司开发，在该公司建成30万吨/年的示范炉，但热工效率低，高温烟气的利用还未妥善解决，以致未能进一步发展。
（5） Ausiron 澳大利亚于2000年在南部Whyalla建成一座2吨/日的示范炉，其工艺原理与Hismelt相近，尚待进一步开发。
（6） Tecnored 巴西开发，采用自还原球团与煤块分内外层装入竖炉，用热风及富氧进行二次燃烧，炼出热铁水，已建成15万吨/年的炉子。
（7） CCF 由荷兰的霍戈文钢铁公司以及英国钢铁公司、意大利Ilva公司合作开发，为旋风式预还原和装有煤氧枪的铁浴熔池实现终还原和熔化的工艺，于上世纪末建成一套产量为20吨/日规模的半工业试验装置，但未能发展到工业生产。
（8） 珠铁（Itmk3）——日本和美国正在开发Itmk3法，即转底炉生产铁块，但尚不成熟，北京科技大学还在研发类似的工艺。
1.4.2转底炉熔融还原技术的开发
转底炉从轧钢环形加热炉移植而来，其设备是成熟的技术。用于生产金属化球团，只是在加料、出料和燃烧热工系统作了改变。此工艺最初由美国和加拿大有关公司分别开发，后由德国德马克公司和日本神户制钢分别买得专利并继续开发，现正在国际市场上推销成套设备和技术。他们在建成小型试验转底炉基础上，分别在泰国和美国建设大型转底炉。其中，美国动力钢公司建成的年产能力为60万吨金属化球团，即50万吨铁水的转底炉系统已于1999年4月投产，称为“动力炼铁法”，生产的DRI金属化率70～90%。此产品经埋弧电炉熔炼成铁水，供电炉热装炼钢，在170吨电弧炉中每炉加铁水65吨，吨钢电耗降低约30%，吨钢成本降低约30美元。但由于美国钢铁工业不景气等经济以及某些技术原因，该厂曾随美国许多钢厂的倒闭而暂时停产，后来经过数次技术改造，又恢复生产。此外，美国Midrex公司与日本神户制钢等公司联合在美国建成示范工厂，进一步开发转底炉煤基熔融还原，称之谓“第三代炼铁工艺”（ITmk3）。
国外（美国、日本、德国等）采用转底炉工艺，首先将铁矿粉或含铁、炭锌粉尘与煤粉配合，制成含炭球团矿，经过干燥，装进转底炉，在高温（1350℃）下焙烧，球团矿中的炭与氧化铁反应，使球团矿金属化。然后用电炉或矿热炉作为熔分设备，使金属化球团矿里的金属与渣相分离。目前这种工艺存在两个大问题，一是耗电，每吨铁水耗电约550度。二是渣中含FeO高，致使炉衬寿命短。
北京科技大学从我国的实际情况出发，开发出转底炉熔融还原新工艺，并申请了国家专利（专利号：99105541.1）。它由转底炉和熔融造气炉两部分组成，转底炉作为预还原设备，通过它，使球团矿的金属化率达到80％以上。不经过冷却，直接加入熔分炉中，将预还原的金属化球团继续还原，并且熔化，使渣与铁分离，基本工艺与Fastmelt相同。
本工艺的特点是：对于铁矿石的品位无有严格要求，以煤作为还原剂和能源，工艺简单，造价低，投资少，符合发展中国家的国情。
本项目的工艺流程参见下图：
本技术交流方式：QQ：64534647